用于級聯多級逆變器的故障旁路的控制的制作方法
【專利說明】用于級聯多級逆變器的故障旁路的控制
[0001] 背景
[0002] 本實施例設及級聯多級逆變器。具體地，實施例設及該樣的逆變器的故障旁路操 作。
[0003] 級聯多級逆變器用于工業控制系統中。例如，級聯多級逆變器被用于控制中壓電 機驅動器（例如，4.lkV-13. 8kV電機驅動器）和/或靜電壓補償器。
[0004] 級聯多電平變的器是模塊化的。高功率逆變器由大量更小的串聯連接的單相逆變 器或單元構成。任何數量（例如，3-8)的單元可W被用于=相系統的給定橋臂。當該些單 元中的一個或多個出故障時，逆變器仍然能夠進行操作并通過計算不同的電壓基準生成平 衡的線間電壓。雖然故障旁路最大線間電壓小于正常狀況中的線間電壓，但是W降低的功 率等級繼續操作可能優于完全關閉。
[0005] 為了提供平衡，每個橋臂可相同數量的單元操作。在一個橋臂中多個單元出 故障的情況下，其他橋臂可W旁路對應數量的單元。然而，該方法不對電機提供最大可用的 電壓，因為并不使用所有的可用單元。在另一方法中，使用反饋機制來產生電壓基準。然而， 該方法的精確性受反饋增益影響，為了良好的結果，反饋增益必須相當高。該方法在級聯多 級逆變器的輸出頻率高時更有挑戰性，因為增益不能增加超過一定限制。
【發明內容】
[0006] 作為介紹，在下面所述的優選實施例包括用于級聯多級逆變器的故障旁路中的控 制的方法、系統、指令、計算機可讀取的介質W及數字電子電路。基于操作的或活動的單元 的數量來產生基準電壓作為解析解（anal^icsolution)。
[0007] 在第一方面中，提供一種用于級聯多級逆變器的故障旁路中的控制的系統。第一 多個第一逆變器單元橋臂串聯連接用于第一相。第二多個第二逆變器單元橋臂串聯連接用 于第二相。第=多個第=逆變器單元橋臂串聯連接用于第=相。故障旁路導致與在第二多 個中的第二逆變器單元的數量相比不同數量的第一多個中的逆變器單元是活動的。處理器 被配置為針對第一、第二和第=逆變器單元橋臂中的活動的單元無反饋地產生基準電壓。 用基準電壓中的第一共同基準電壓來操作所有的活動的第一逆變器單元，用基準電壓中的 第二共同基準電壓來操作所有的活動的第二逆變器單元，并且用基準電壓中的第=共同基 準電壓來操作所有的活動的第=逆變器單元。
[000引在第二方面中，提供一種用于級聯多級逆變器的故障旁路中的控制的方法。在故 障旁路中操作級聯多級逆變器。第一橋臂被標識為在操作期間比多級逆變器的第二橋臂具 有更少的多級逆變器的操作單元。根據第一橋臂的操作單元的數量來控制第二橋臂的單元 的操作。
[0009] 在第=方面中，提供一種用于級聯多級逆變器的故障旁路中的控制的系統。提供 級聯多級逆變器的第一、第二和第=橋臂。至少第=橋臂比第二橋臂的數量和第一橋臂的 數量具有更少的數量的操作單元。處理器被配置為分別根據第一、第二和第=基準電壓控 制第一、第二和第=橋臂的單元的脈沖寬度調制。第一、第二和第=基準電壓每個都包括關 于第一、第二和第=橋臂中的平衡數量的單元的項，并且第二和第=基準電壓包括沒有第 一橋臂的數量和第二橋臂的數量或第=橋臂的之數量之間差的、關于第一橋臂的數量與第 二橋臂的數量之間的差的項。
[0010] 本發明由隨后的權利要求書定義，并且在本節中的內容均不應被當作對那些權利 要求的限制。本發明的另外的方面和優點將在下面結合優選實施例來論述，并且稍后可W 獨立地或結合地被要求保護。
【附圖說明】
[0011] 組件和附圖不一定按比例，而是將重點放在例示本發明的原理。而且，在附圖中， 相同的參考標號指定在不同的視圖的各個地方的對應的部分。
[0012] 圖1是用于級聯多級逆變器的故障旁路中的控制的系統的一個實施例框圖；
[0013] 圖2是級聯多級逆變器的單元的一個實施例的電路圖；
[0014] 圖3A-C是在不同的相中有不同的被旁路的單元的情況下的平衡的線間電壓的圖 形表示；
[0015] 圖4是用于級聯多級逆變器的故障旁路中的控制的方法的一個實施例的流程圖；
[0016] 圖5是在一相中有一個單元被旁路的情況下的相基準的示例性模擬；
[0017] 圖6是在一相中有一個單元被旁路的情況下的相電流的示例性模擬；
[001引圖7是在相C中有一個單元被旁路的情況下的相A和B之間的線間電壓的示例性 模擬；
[0019] 圖8是在相C中有一個單元被旁路的情況下的相B和C之間的線間電壓的示例性 模擬；
[0020] 圖9是在一相中有兩個單元被旁路的情況下的相基準的示例性模擬；
[0021] 圖10是在一相中有兩個單元被旁路的情況下的相電流的示例性模擬；
[0022] 圖11是在相C中有兩個單元被旁路的情況下的相A和B之間的線間電壓的示例 性模擬；
[0023] 圖12是在相C中有兩個單元被旁路的情況下的相B和C之間的線間電壓的示例 性模擬；
[0024] 圖13是在相C中有兩個單元被旁路并且在相B中有一個單元被旁路的情況下的 相基準的示例性模擬；
[0025] 圖14是在相C中有兩個單元被旁路并且在相B中有一個單元被旁路的情況下的 相電流的示例性模擬；
[0026] 圖15是在相C中有兩個單元被旁路并且在相B中有一個單元被旁路的情況下的 相A和B之間的線間電壓的示例性模擬；
[0027] 圖16是在相C中有兩個單元被旁路并且在相B中有一個單元被旁路的情況下的 相B和C之間的線間電壓的示例性模擬；
[002引圖17是在相C中有兩個單元被旁路并且在相B中有一個單元被旁路的情況下的 一個示例的相A和B之間的線間電壓的譜；
[0029] 圖18是在相C中有兩個單元被旁路并且在相B中有一個單元被旁路的情況下的 一個示例的相B和C之間的線間電壓的譜；
[0030] 圖19是在相C中有兩個單元被旁路并且在相B中有一個單元被旁路的情況下的 經過相A的一個單元的模擬的直流鏈路電流；
[0031] 圖20是在相C中有兩個單元被旁路并且在相A和B的每一個中有一個單元被旁 路的情況下的相基準的示例性模擬；
[0032] 圖21是在相C中有兩個單元被旁路并且在相A和B的每一個中有一個單元被旁 路的情況下的相電流的示例性模擬；
[0033] 圖22是在相C中有兩個單元被旁路并且在相A和B的每一個中有一個單元被旁 路的情況下的相A和B之間的線間電壓的示例性模擬；
[0034] 圖23是在相C中有兩個單元被旁路并且在相A和B的每一個中有一個單元被旁 路的情況下的相B和C之間的線間電壓的示例性模擬；
[0035] 圖24是在相C中有兩個單元被旁路并且在相A和B的每一個中有一個單元被旁 路的情況下的一個示例的相A和B之間的線間電壓的譜；
[0036] 圖25是在相C中有兩個單元被旁路并且在相A和B的每一個中有一個單元被旁 路的情況下的一個示例的相B和C之間的線間電壓的譜；W及
[0037] 圖26是在相C中有兩個單元被旁路并且在相A和B的每一個中有一個單元被旁 路的情況下的經過相A的一個單元的模擬的直流鏈路電流。
【具體實施方式】
[003引解析地產生故障旁路中的級聯多電平驅動的電壓基準。與其他方法相比，該方法 對于相電壓基準從數學公式確定精確的值，W便獲得最大可能的輸出線間電壓。該方法不 依賴于任何近似或反饋循環。
[0039] 級聯多級逆變器是=相設備。在旁路操作下對=相系統建模，其中一個或多個相 橋臂中的一個或多個單元是不可操作的，但是每個橋臂仍然包括可操作的單元。
[0040] S相系統具有被標記為A、B和C(亦即ABC定向）的橋臂。在等式（1)-(3)中給 出每個橋臂的電壓輸出：
[0041]Va二V?cos(W?t) (1) f 2.眾1
[0042] = F?COSmt---- 巧) \ 3 / / .2.黨\
[0043] y, = y-C0S - ^ ^ ^ m
[0044] 當所有的單元是活動的或者參與S相系統的發電時，用于控制每個單元的基準電 壓被寫作等式（4)-化）；
[0045] " = m~-cos(m-t)+CMO 疆 V3 (4) . 2 ( 2.黨\
[0046]^re/ W^騰..cos仍'f~~ +CM0 - ViV盞） (5) 2 ( ^
[0047] co-t+ ^-+CMO ?v3V>/ ㈱
[0048] 其中m是脈沖寬度調制的調制指數，并且可W具有從0到1的任何值，《是頻率， t是時間，CMO是共模偏移。項;導致最大調制指數的15%的增加，由于引入如等式（7)所 給出的共模偏移：
[0049] C騰=版C心di，K',/'-/.!1，心c'l+ 闊心 1>1 馬 ^,1) 2 in
[0050] 當由于故障而對一定數量的單元旁路時，驅動器不能在每個相中遞送相等的電 壓。為了維持相等的線間電壓并由此獲得平衡的相電流，根據正常值調整一個或多個相電 壓的幅度和相移。為此，相應地對每個橋臂調整基準電壓。
[0051] 假設在旁路操作期間在每個相上的活動單元的數量分別是Ng、Nb和N。，在故障旁 路操作期間由驅動器所產生的每單位相電壓W-般的形式被寫作：
[005引Va= Ma?cos(? ?t)+CMO(8)
[0053] ? cos |fii ? f - fij 1+ CV\ /O (i)
[0054] = Me. COS 杉.f CMO(10)
[0055] Ma=Na*mi (11)
[0056] Mb=Nb.mi (。）
[0化7] Mc=Nc*mi (13)
[0化引在等式巧)-(10)中，共模偏移（CMO)不再被假設為如在等式（7)中所給出的那 樣，同時mi是在旁路操作下的最大調制指數。
[0化9] 線間電壓的幅度被寫作：
[0060] I = -2. . COS鱗+ + J14調
[0061] Kc\ = ^M^ -2 M^ M^' ms f2+ ^c客A#緣+ M('鑲簡
[0062] Kh.'I = ^馬? - 2. M,. M(.. COS(巧-夢:)+ M':含Mb + Mf.。勢
[006引根據等（14)和（16)，可W確定兩個未知數擊1郝爭2W便維持所有S個線間電壓 相等：
[0064] "、 M完_ =2- M口. - COS巧-2- M爲.iV/(.. COS夢，（17)
[00 化] AfS- 2 -Af口 -jV/ -cos巧，=Af直-2 -A'/ 6 -M￡..cos[巧-伊2) (18)
[0066] 根據等式（17)和（18)，理論上，可W確定兩個角位移，但是不可能獲得解析形式。 另外，該方法無法確定在等式巧)-(1〇)中的所需的共模偏移的表達式W便獲得最大線間 電壓。因此，電機將操作